книги из ГПНТБ / Михайлова, Н. Д. Практические расчеты при колонковом бурении учеб. пособие
.pdfгде |
P |
- нагрузка на долото, |
кг; |
п |
- |
скорость вращения до |
||||||||
лота, |
об/мин; D - .ламетр долота, мм; |
Ь. |
- |
величина погру |
||||||||||
жения зубьев б породу, мы; |
і)2 |
- |
коэффициент |
перекрытия |
зубь |
|||||||||
ев долота, принимаемый равным 7) |
= 2,0 + 1,25; |
m - |
коэффици |
|||||||||||
ент, |
зависящий от расположения зубьев на шарошке. Для расче |
|||||||||||||
тов m |
принимается равным двум; |
z |
- |
число |
зубьев на венце; |
|||||||||
d m |
- диаметр шарошки, мм. Для расчетов |
d w = |
|
0,65 D |
; |
к г |
- |
|||||||
коэффициент проскальзывания |
шарошек, |
к г |
= 0,30 |
+ 0,05; |
/л |
- |
||||||||
коэффициент трения шарошки о породу. Величину погружения <злбъ-
ев в породу |
принимают равной |
^ -g-hz |
, где |
кг - |
высота самых мелких зубьев на шарошках. |
|
ѵ |
||
Формулы <81), (82), (83) сложны и некоторые из |
входящих |
|||
в них величин недостаточно известны, особенно для шарошечных долот геологоразведочного стандарта.
В связи с этим, для расчета потребной мощности при буре нии шарошечными долотами можно воспользоваться упрощенной фор мулой
|
|
Щ - |
kPD |
л .с . |
(84) |
|
|
71,62 |
|||
|
|
|
|
||
где |
Р |
- нагрузка на долото, Т |
; в - |
диаметр долота, см; |
|
п |
- |
скорость вращения долота, |
об/мин; |
А- - коэффициент, |
|
учитывающий степень износа долота; принимается в пределах от
0,1 |
до |
0,3; |
к =0,1 - для нового долота. |
|
|||||
|
5. |
|
При бурении сплошным забоем долотами режущего типа |
||||||
|
|
|
|
|
|
3,7-10-5m l)V ö C)K*sinc(p + |
|
||
|
+ 1,280-10'7m /л ('к бсж D* П , |
квт, |
(85) |
||||||
где |
m - |
число лопастей долота; |
D - диаметр долота, мм; Л - |
||||||
скорость подачи за один оборот, |
мм/об; осж - предел прочности |
||||||||
породы |
на сжатие, кг/см^; |
п ■- |
число оборотов долота в мину |
||||||
ту; |
d 0 |
- |
угол |
/ |
резания лопастей |
долота; |
,<х - коэмоициент |
||
|
г |
|
|
|
|
|
|
- ~ |
|
трения долота с |
породу; |
- туштзна долота к моменту его |
|||||||
износа, |
|
м.:; |
(р |
- показатель степени, величина которого зави |
|||||
сит |
от |
h |
(табл.43) |
|
|
|
|||
h t мм
V |
о |
о.з < h < i,o
h < о,Б
Т а б л и ц а 4Ы
Зависимость Cf от h
0,50
0,23
0,16
Величина |
А |
может быть найдена по формуле |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
и _ |
ь ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
, |
/ |
|
|
|
п т |
|
|
|
|
■ |
см/мин; |
\ |
- ско |
|
п |
- |
механическая скорость |
бурения, |
||||||||||||
рость |
вращения долота, |
об/мин; |
|
т - |
число лопастей долота. |
||||||||||
|
Ориентировочные значения |
бсж пород приведены в |
табл.50. |
||||||||||||
|
6. |
|
При бурении алмазными долотами мощность на разруш |
||||||||||||
может быть определена по формуле |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
JVpajp= |
к |
F |
, |
КВТ |
, |
|
|
|
( 8 6 ) |
|
где |
к |
- |
удельное значение мощности при работе алмазных до |
||||||||||||
лот. По данным исследований, |
проведенных УфНИИ, к |
= 0,157 + |
|||||||||||||
0,170 |
квт/см2 |
[ i l ] |
; |
F - площадь забоя, см2 . |
|
|
|||||||||
|
При расчете мощности на разрушение породы при бескерно- |
||||||||||||||
воы бурении можно пользоваться также формулой, предложенной |
|||||||||||||||
С.Н. Таракановым, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
lVpajp = |
(3 |
+ 4) |
• |
ІО“7 P D п , |
|
квт |
, |
(87) |
||||
где' |
Р |
- |
осевая нагрузка на долото, кг; |
D |
- диаметр доло |
||||||||||
та, |
мм; |
п - |
скорость |
вращения, |
об/мин. |
|
|
|
|
||||||
|
М о щ н о с т ь |
н а в р а щ е н и е |
к о л о н н ы |
||||||||||||
б у р и л ь н ы х |
т р у б |
|
в |
скважине, |
заполненной промы |
||||||||||
вочной жидкостью может быть рассчитана по формуле П.П.Шумило ва и М.Г.Васильева
ЛГ в = kf- о,9М0'6усі2І л Ѵ/Г , квт f |
(88) ' |
Т а б л и ц а 60
|
|
Механические свойства горных пород |
|
||
|
|
|
Предел прочности на |
||
|
|
П о р о д ы |
сжатие, |
скалывание, |
растяжение, |
|
|
|
кг/см^ |
кг/см^ |
кг/см^ |
Кварциты |
|
|
3000 |
316 |
144 |
Мелкозернистые граниты |
2800-2200 |
220 |
140 |
||
Среднезерннстые граниты,- гранито-гнейсы |
2400-1700 |
200 |
120 |
||
Диабазы, диориты |
3400-2200 |
347 |
134 |
||
Базальты |
|
|
3200-2000 |
320 |
_ |
Сиениты, гнейсы, порфирпты |
2100-1800 |
220 |
148 |
||
Самые крепкие известняки, песчаники, |
1600-1400 |
- |
- |
||
гнейсы, сиениты, крупнозернистые граниты |
|||||
Известняки, порфприты, гнейсы, очень |
1200 |
- |
- |
||
крепкие сланцы |
|||||
Мраморы, доломиты, известняки |
1500-1000 |
85 |
_ |
||
Известняки, песчаники |
800 |
50-80 |
- |
||
Песчанистые сланцы, слоистые песчаники, |
„ 800 |
40-60 |
|
||
мергели |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Крепкие глнннстЕге сланцы, алевролиты, глины |
400 |
27-40 |
- |
||
Каменный уголь, каменная соль, гипс |
200 |
15-20 |
_ |
||
Андезит (Бакуриановский) |
Ѳ86 |
86 |
58 |
||
Гранатовый скарн (Агараксклй) |
1015 |
ѳѳ |
_ |
||
Туф (уральский) |
1156 |
п о |
67 |
||
Граноднорнт метаморфизоваыный (Агараксклй) |
1412 |
130 |
_ |
||
Известняк |
(Гавардовский) |
1330 |
145 |
■ 81 |
|
Известняк |
(Еленовскнй) |
1640 |
182 |
|
|
Габбро |
|
|
2300-3400 |
240-375 |
135 |
Скарн рудный |
(Тегенскнй) |
2088 |
256 |
_ |
|
Кератофир |
(Блявннское месторождение) |
2285 |
268 |
138 |
|
Альбнтофнр |
(Блявннское месторождение) |
1728 |
282 |
118 |
|
Сиенит-порфир |
(Гороблагодате кое месторож |
2250 |
286 |
148 |
|
дение) |
|
|
|
|
|
Диорнт-гіЬрфнр |
(магнитогорский) |
3240 |
300 |
- |
|
Скарн эпндото-гранатовый (магнитогорский) |
2760 |
300 |
|
||
Базальт (Берестовецкое месторождение) |
3245 |
320 |
_ |
||
Кератофир |
(Рнддерское месторождение) |
3740 |
873 |
“ |
|
где |
у |
- плотность промывочной жидкости, г/см^; d |
- наружный |
|||
диаметр бурильных труб, см; X - длина колонны бурильных труб, |
||||||
м; |
п |
- скорость вращения колонны бурильных труб, |
об/мин; |
kt - |
||
коэффициент, предложенный А.С.Беляковой и Г .2 .Варшавским, |
учи |
|||||
тывающий увеличение затрат мощности с ростом кривизны, |
скважи |
|||||
ны |
(табл.51). |
|
|
|
|
|
|
Как показали исследования, проведенные в ИМР, |
формула Ш |
||||
милова дает завышенные на 30$ значения мощности. |
|
|
|
|||
|
Для расчета мощности на холостое вращение колонны буриль |
|||||
ных труб могут быть также использованы |
следующие формулы21 |
|
||||
|
|
|
Т а б л и ц а |
51 |
|
|
|
|
Значение коэффн)-лента к |
: |
|
|
|
Угол искривления скважины
3 - 6 °
СО |
О |
CD |
|
Ѳ - |
12° |
12° |
и болэе |
|
Коэс}<фииионт |
к |
||
|
1,2 |
- |
1,5 |
|
|
1,5 |
- |
1,8 |
/ |
|
1,9 |
- |
2,3 |
' |
, |
2,3 |
- |
2,8 |
|
1. Формула Злненко-Кирсанова [34], справедливая для труб диаметром 50 мм при вращении их в скважинах диаметрами 93-130 мм,
Нжл =(6,2-10" V |
+ 5,2-10-5 п ) Ь°'6В(1+0,35 à Ѳ'’"3),к в т , (89) |
||
где |
п - |
скорость |
вращения, об/мин; L - длина колонны буриль |
ных труб, |
м;Л б - |
средняя интенсивность искривления скважин |
|
на |
100 м, |
град. |
|
|
Применять эту формулу для других размеров скеэжины и |
||
труб не следует, так как последние экспериментальные работы [35] показали, что фактические затраты мощности при алмазном бурении диаметром 76 мм, начиная с некоторой глубины, превос
ходят данные, рассчитанные по формуле |
Зиненко-Кирсанова. На |
|
глубине 1000 |
- 1200 м фактические затраты мощности больше рас |
|
четных в 2-3 |
раза. |
|
2. Для условий алмазного бурения, |
которые характеризуются |
|
малыми зазорами между стенкой скважины |
и бурильными трубами, |
|
формула И.С.Калинина [35], полученная им в результате экспери ментальных работ при бурении алмазными коронками диаметром 76 мм и трубами .диаметром 50 мм:
Кхл = 5,35 -ІО“9 n 2’k L і,г5 , квт , |
(90) |
где п - скорость вращения колонны бурильных труб, |
об/мин; L - |
длина колонны, м.
Руководствуясь вышеизложенным, следует йри расчетах в каж дом конкретном случае пользоваться одной из указанных формул. При расчетах мощности при твердосплавном бурении диаметром 93
мми выше можно пользоваться как формулой (88), так и (89). При бескерновом бурении можно производить расчет по форму
ле (88), при алмазном бурении - по формулам (90) и(88).
При буреніи скважин с продувкой воздухом мощность на враще ние колонны бурильных труб можно ориентировочно принимать рав ной мощности на вращение труб при промывке скважины водой.
При расчетах мощности на вращение колонны при алмазном бу рении следует учитывать, что фактические затраты мощности на вращение труб снижаются при применении антивибрационных смазок и эмульсий в среднем на 25-40/.
|
М о щ н о с т ь |
н а |
|
п р е о д о л е н и е |
т р е н и ц |
|||
в |
с т а н к е |
и |
п е р е д а ч а х |
определяется по форму |
||||
ле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NCT = |
а |
+ Ъп ' |
, |
квт , |
(91) |
где |
а и Ъ' - |
опытные коэффициенты, |
(табл.52); п - скорость |
|||||
вращения шпинделя бурового |
станка, |
об/мин. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
52 |
|
Опытные коэффициенты для |
различных типов станков |
|
|||||
|
Тип станка |
|
|
|
а |
1 |
ъ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ЗИФ-ЗООМ |
|
|
|
1,2 |
|
1,8* 10-3 |
|
|
ЗИФ-650А |
|
|
|
1.8 |
|
1.37- ІО-3 . |
|
|
ЗИФ-1200 А |
|
|
1.4 |
|
в,43- ІО-3 |
|
|
Для других типов установок потери мощности в буровом станке и передачах могут быть учтены введением коэффициента полезного действия *) = 0,80 + 0,85. Тогда мощность на бурение монет быть рассчитана по формуле
Л 6 |
= |
- |
, КВТ , |
(92) |
|
|
I ст |
|
|
М о щ н о с т ь |
н а |
п р и в о д |
н а с о с а |
расхо |
дуется при бурении для осуществления промывки забоя скважины. Величина ее рассчитывается по формуле
|
|
|
Ж |
|
= 1er |
<3 Р |
КВТ |
(93) |
|
|
|
насоса |
|
102 Т] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гдз |
Q |
- расход промывочной жидкости, м^/сек; Р |
- рабочее дав |
|||||
ление, |
атм; |
1] - к .п .д . |
|
насоса |
и привода, принимаемый равным |
|||
0,80 - 0,75. |
|
|
|
|
|
|
||
|
П р и |
д и з е л ь н о м |
п р и в о д е |
бурового агре |
||||
гата |
общая мощность, потребная при бурении, |
определяется по |
||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
а) |
N6 = 1,36 (-Npa,p+ Nx в+ Ncr + NHiC ), |
л.с. |
|
|||
или |
|
|
|
|
|
|
|
(94) |
|
|
б) |
Я5=1;36(- ІУраЗР •+ Nx. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
+ -^Hac)) Л-с-; |
|
|
где 1,36 - коэффициент перевода киловатт в лошадиные силы. |
||||||||
|
При использовании |
электропривода, как |
правило, устанавли |
|||||
вал» отдельные двигатели для бурового станка и насоса, мощность которых при бурении определяется по формулам- (75), (92) и (93).
Определение предельной глубины оурекия из условия кішдности бурового станка
Выбор режимных параметров: осевой нагрузки и скорости вращения коронки или долота должен производиться с учетом тех нических возможностей бурового оборудования и инструмента.
Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент и скорость его вращения ограничиваются прочностью породоразрушающего ин струмента и бурильной колонны, а также установленной мощностью бурового агрегата.
Возможное изменение скорости вращения коронки или долоту (при бескерновом бурении), определяется конструктивными особен ностями бурового станка.
Соотношение между осевой нагрузкой и скоростью вращения коронки (долота) должно удовлетворять условию
Npajp + Nх.в |
+ Nст |
N.двиг |
(95) |
||
Мощность jVpajpможет |
быть определена по формулам (77), (78) < |
||||
(83), (84), (86), (85) в |
зависимости |
от вида породоразрушалцего |
|||
инструмента. Мощность на холостое вращение колонны бурильных |
|||||
труб рассчитывается |
по формулам |
(88), |
(89),(90) |
в зависимости |
|
от заданных условий |
бурения. |
|
|
|
|
Решая равенство |
(95) |
относительно длины L |
бурильной ко |
||
лонны, получим формулы для определения возможной глубины буре ния при данных осевой нагрузке на породоразрушающий инструмент,
скорости |
его вращения и диаметра скважины. |
|
|
Для |
случая твердосплавного бурения, если мощности |
и |
|
Nx в определять по |
формулам (77) и (88), уравнение для |
возмож |
|
ной глубины бурения |
L будет иметь вид: |
|
|
1)в случае применения электродвигателей: а) при работе станков типа ЗИФ
|
^ - [ 0, 513- 10' 6PZ?con ( о , 137+ |
ц ) + а + Ьп ] *б) |
|
(96) |
|
0,92ІО'6к, у Ч г пѴгГ |
|
’ |
|
|
|
|
||
б) |
при работе станков других |
систем |
|
|
, |
Лляиг *]„ 0.513 ■и~вРD„Tl (0,137 + /1) |
|
(97) |
|
|
|
|
|
|
2) в случае применения двигателей внутреннего сгорания - дизелей:
я а) при работе станков типа ЗИФ
Nns- |
1,36 [0,513 -10~6.Р Дпп П(0,137 + Я-)+ (l+bn+N^ |
(98) |
I = |
Нм |
|
|
1,25 • 10"в Jc1у d z nVrP |
|
б) при работе станков других систем |
|
|
К А * У |
с т - 1,36АГНѴгг - 0,597- 1Q-6P Д ср п (0,137+ / і ) |
|
|
1,25 ■ІО’6 к, У<іг пѴгГ |
’ ' |
При расчете по формулам (98) и (99) необходимо знать мощ ность, потребную для привода насоса, которая, в свою очередь,^ зависит от глубины бурения. Поэтому при расчетах следует снача
ла решить уравнение |
PfH |
относительно L |
для данной скважи |
|
ны и выбранного расхода промывочной жидкости. |
|
|||
Для случая бурения шарошечными или алмазными долотами |
||||
(станки типа ЗИФ) уравнение будет иметь вид |
|
|||
L _ |
NM - |
( к F + g |
+ bn) |
( 100) |
|
0,92■ 1C-6 к, ■'jdinVn' |
|||
|
|
|||
и при работе станков |
типа СЕА |
|
||
L = |
|
- kF |
м |
( 101) |
0,92 •іо~ь- k J d ^ n V r T |
||||
Для алучая алмазного бурения станками типа ОБА с электрическим приводом уравнение для возможной глубины бурения будет иметь вид
|
^д в -’Ісг - |
|
- 7 |
|
|
|
2-10 P BçрП |
( 102) |
|||
|
|
5,35-10 |
|
||
|
|
|
|
||
либо |
N,ДВ |
|
|
' 10"V ■■Pçp п |
|
L |
»1er- |
2 |
(ЮЗ) |
||
= |
0,92 • ІО'6/с, у d enVrT |
||||
|
|
|
|||
Аналогично можно получить формулы для определения возможной глубины бурения при разных условиях.
По мере .углубления скважины обычно неизбежно уменьшение режимных параметров бурения (Р и л ), что видно из приведенных уравнений. При твердосплавном бурении, а также при бурении ша рошечными долотами следует уменьшать скоростьвращения породо-' разрушающего инструмента, а осевую нагрузку оставлять без изме нений. При бурении алмазным породоразрушающим инструментом не обходима строгая координация скорости вращения с осевой нагруз кой: увеличение или уменьшение одного параметра должно сопро вождаться также увеличением или уменьшением второго. Исключени ем является режим бурения в весьма твердых малоабразивных поро дах, когда следует задаваться повышенными осевыми нагрузками и пониженными скоростями вращения коронки.
П р и м е р l .
Определить потребную мощность двигателя для бурения сква жины. Глубина бурения L = 700 м, диаметр алмазной воронки 59 мм. Параметры режима бурения:
Р = 700 кг; п = 450 об/мин; 320 об/мин;
Q = 30 л/мин; р = 13 ат. Бурильные трубы ниппельного соедине ния диаметром 50 мм. Промывочная жидкость - вода. Станок СЕА-
800Э. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е |
. 1. Определим мощность, затрачиваемую на |
||||||||||
разрушение породы, по формуле (78) |
|
|
|
|
|
||||||
а) |
jfРаЗР= 2 |
• |
ІО-7 |
• |
700 |
• |
51 |
• |
450 = |
3,2 |
квт ; |
б) |
17 = 2 |
• |
ІО"7 |
• |
700 |
• |
51 |
• |
320 = |
2,3 |
квт . |
2. Согласно формуле (90), мощность на холостое вращение колонны бурильных труб составит.
а) |
17х в |
= 5,35 |
• ІО '9 |
•4502 *4 .7001*25= 43,0 квт; |
||
б) |
NXB = 5,35 |
• ІО"9 |
•3202 *4 |
-3,597.103= 19,85 квт . |
||
3. Суммарная мощность на бурение |
составит: |
|||||
а) |
17с |
= |
(3,2+43,0) * |
—-— = 55 квт ; |
||
|
5 |
|
|
|
0,85 |
|
б) |
17 |
= |
(2,3+19,85)- |
— і — = 26,3 квт . |
||
|
5 |
|
|
|
0,85 |
|
Таким образом,при бурении на глубине 700 м скорость враще ния коронки не может быть выше 320 об/мин, что 'соответствует Ш скорости вращения шпинделя.
4. Мощность электродвигателя для.привода насоса (формула
93) составит
17 = ІО4 • ---- £jiQ30—-..iß — = о,7 квт. ,
н60 • 102 • 0,9
что намного меньше установленной мощности. П р и м е р 2.
Определить потребную мощность двигателя для бурения сква-
хины» глубина которой достигла 1000 м. Диаметр алмазной коронки
76 мм, параметры режима бурения:Р |
= 980 кг, |
п |
= 336 или 288 |
||||||||
об/мин |
( У и ІУ скорости вращения шпинделя станка ЗИФ-1200МР). |
||||||||||
Промывочная жидкость - |
вода, расход Q = 110 л/мин. Бурильные |
||||||||||
трубы диаметром 50 мм муфтово-замкового |
соединения. Давление на |
||||||||||
насосе |
р |
= ,23 атм. » |
|
|
|
|
|
|
|
||
. . Р е ш е н и е . |
1. Рассчитаем мощность, затрачиваемую |
||||||||||
на разрушение породы, по формуле (78): |
|
|
|
|
|||||||
|
а) |
tfna,n = 2 • ІО-7 . 980 |
• 68 • |
336 = |
4,48 |
квт ; |
|||||
|
|
PaäP |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
б) |
І7ра}р = 2 • ІО"7 - 980 |
• 68 • 288 = 3,84 |
квт . |
|||||||
2. Рассчитаем мощность на вращение колонны бурильных труб |
|||||||||||
по формуле (90): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
а) |
,АГХВ |
= 5,35-10“9 -3362 *4 -1000lt2 5 = |
34,8 |
квт; |
||||||
|
б) |
Яхл |
= 5,35-10"9-2882 ' 4 .10001' 25= 24 квт . |
||||||||
3. |
Суммарная мощность на бурение |
составит: |
|
||||||||
|
а) |
|
= |
(4,48 |
+ 34,8) |
• —і — = 46 квт |
; |
||||
|
|
|
|
|
|
0,85 |
|
|
|
|
|
|
б) |
Л |
= |
(3,84 |
+ 24) • —î — |
= |
32,6 квт . |
||||
|
|
|
|
|
|
0,85 |
|
|
|
|
|
|
Потребная мощность на привод насоса составит |
||||||||||
|
|
NH |
|
i0 -4 . 0.00183 |
• |
23 |
|
4,6 |
квт . |
||
|
|
|
|
102 - |
0,9 |
|
|||||
1 |
|
|
|
' |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
П р и м е р З . , |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рассчитать предельную глубину бурения при работе станка |
|||||||||||
СБА-800Э при следующих исходных данных: долото шарошечное диа |
|||||||||||
метром 93 мм, нагрузка на долото |
Р = 2500 кг. Скорость враще |
||||||||||
ния 130 об/мин, |
трубы муфтово-замкового соединения диаметром |
||||||||||
63,5 мм, |
промывочная жидкость - |
глинистый раствор с у = 1 ,2 |
|||||||||
г/см2 . Для привода станка СБА-800Э используется электродвига |
|||||||||||
тель AQ2-72-4 |
мощностью 30 квт. |
|
|
|
|
|
|
||||